rc振荡器[精华]

rc振荡器[精华] 2.5 RC正弦波振荡器 当要求产生频率在几十千赫以下的正弦波信号时，从理论上可以采用LC振荡器，但实际上，对于LC振荡器由于 ,1/2,LC ，如仍采用LC回路作为选频网络，则所需回路 电感量很大，使元件体积增大，造价高、安装调整不方便等。因此，在需要低频振荡时，可以改用RC电路做选频网络，同时采用晶体管或集成电路作为放大器，组成RC振荡器。RC振荡器也是一种反馈型振荡器，用于产生低频正弦波信号。 RC振荡器的工作原理和LC振荡器一样，也是由放大器和正反馈网络两部分组成，区别仅在于用RC选频网络代替了LC回路。因此，RC振荡器也必须满足振幅和相位平衡条件。 常用的RC振荡器有RC桥式振荡器和移相振荡电路。前者采用RC串并联选频网络后者采用RC超前或滞后移相网络。 一、RC桥式振荡器 1、RC串并联选频网络 为RC串联电路阻抗，为 由相同RC组成的串并联选频网络如图2.16所示，ZZ12RC并联电路阻抗，当输入电压的频率较低时，R<<1/wc，选频网络近似为高通电路来U1 越小，超前于的相位角也越大;当的频率较高 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示，频率越低，输出电压UUUU2211时，R>>1/wc，选频网络近似为低通电路来表示，频率越高，输出电压越小，滞后UU22于的相位角也越大。由此可知推知，RC串并联电路在某一频率上，其输出电压幅度有U1 最大值，相位角为0。 R+ C ,+ U1 ,CR U 2 _ _ 图2.16 RC串并选频网络 由图a可以写出RC串并联选频网络的电压传输系数为: F=/=/(+) UUZZZ21221 1Rjwc1其中 =R+ = ZZ121jwcR，jwc 1得: F= 13，j(wRC,)wRC 令=1/RC ，则上式可简化为 w0 1F= ww0j3，(,)ww0 由此可得RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性为; 1F= 2 ww0，9,() ww0 ww0,ww0= --- arctan[] ,f3 由此作出的幅频特性曲线和相频特性曲线如图2.17所示， F u, 1F2 3 F , O , 0 , , O , 20, (a) (b) 图2.17 RC串并网络的频率特性 由图可知，当=时，F达到最大值，等于1/3，相位角为0，即输出电压的振w,w0f幅等于输入电压振幅的1/3，输出电压输入电压同相位，所以RC串并联网络具有选频作用。 2、RC桥式振荡器 如图所示，RC桥式振荡器由集成运算放大器、RC串并联正反馈选频网络和负反馈电路组成。 RC振荡器的工作原理和LC振荡器一样，也是由放大器和正反馈网络两部分组成，因 w此，RC振荡器也必须满足振幅和相位平衡条件。由于RC选频网络在=时，F等于1/3，w0 ,相位角为0，因此，只要放大器的放大倍数A>3，=2n，就能使电路满足自激振,,ff 荡的振幅和相位起振条件，产生自激振荡。 振荡器的振荡频率取决于RC串并联选频网络的参数。由=1/RC可求得振荡频率为: w0 1= f02,RC (左图 + - 标错) 由于集成运放构成同相放大，所以输出电压与输入电压同相，满足振荡的相位条件，另外，由运放的基本理论可知，同相放大的闭环增益为 A=1+(/)。可见，只要>2，振荡电路就能满足振荡的幅度起振条件。RRRR2121 从原理上说，为了使振荡器容易起振，要求>>，即A>>3。不过这样电路会形成很RR21 强的正反馈，振荡幅度增长很快，致使运放工作进入很深的线性区域后，方能使电路满足振荡平衡条件AF=1，建立起稳定的振荡。由于RC串并联网络的选频作用较差，不能有效滤除高次谐波分量，当放大器进入非线性区域后，振荡波形将会产生严重的失真。所以，为了改善输出电压波形，又能限制振荡幅度的增长，采用以下两个方法: 1、引入负反馈以减小和限制放大器的增益，使在开始时放大器增益略大于3，这样，环路增益仅在震荡频率及其附近很窄的频率段略大于1，满足振幅起振条件，而在其余f0 频段均不满足正反馈振幅起振条件。 2、在负反馈支路上采用具有负温度系数的热敏电阻(温度升高阻值减小)图中。起R2振后，振荡电压振幅逐渐增大，加在上的平均功率增加，温度升高，使阻值减小，RR22负反馈加深，放大器增益迅速下降。这样，放大器在线性工作区就会具有随振幅增加而增益下降的特性，满足振幅平衡和稳定条件。(具体说明:起振时由于输出电压比较小，流U0过热敏电阻的电流很小，其阻值很大，使产生的负反馈作用很弱，放大器的增RRI21f 益比较高，振荡幅度增长很快，从而有利于振荡的建立。随着振荡的增强，增大，流经U0 的电流很小，其阻值减小， 的负反馈作用增强，放大器的增益下降，振荡幅度RRI21f 的增长受到限制。适当的选取、的阻值和的温度特性，就可以使振荡幅度限制RRR122 在放大器的线性区内，振荡波形为一正弦波，且幅度稳定。) 把RC串并联正反馈网络中的、和负反馈电路中的、改画成4.4.3b所示ZZRR1212的电路，它们构成了文氏电桥电路，放大器的输入端和输出端分别接到电桥的对角线上，所以把这种RC振荡器称为文氏电桥振荡器，简称桥式振荡器。 由前面的分析可知，文氏电桥振荡器是依靠外加热敏电阻形成可变负反馈来实现振幅的平衡和稳定，这种方法称为外稳幅;而象LC振荡器依靠晶体管本身的非线性特性来稳定振幅的方法称为内稳幅。 例 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :分析下面电路 二、 RC移相式振荡器 1(RC移相式网络 常用的RC移相网络如图2.18所示。其中图(a)为相位超前网络，而图(b)为相位滞后网络。 R C + + + + . . C ,,,, I R IUUUUi i o o - - - - 图2.18 RC移相网络 (b) (a) 图2.18a)所示网络的电压传输系数为 ,222,URj,C R,CR,CRoK, ,,, + j,a+bj 222222,11+ j,CR1+ ,CR1+ ,CR UR+ij,C 上式的矢量图如图2.19(a)所示。由于a和b都是由元件值和角频率组合而成，其值必大 ,,o于零，所以，K必须在第一象限内，0 90。可见U超前于U，且超oi 前相移随着 增加而增大，故称此移相网络为超前网络。 虚部 c 实部 , d K b K , 实部 虚部 a (b) (a) ,图2.19 电压传输系数K的矢量图 图2.19(b)所示网络的电压传输系数为 1,,Uj,1,CRCoK, , , ,j,c,dj 22222211+ ,CR1+ ,CR, UR+ij,C 上式的矢量图如图2.19(b)所示。由于c和d的值必大于零，所以K必须在第四象限内， ,,o,90 0，即U滞后于U，且滞后相移随着 增加而增大，故称此移相网络为滞后网oi 络。 ooo综上所述，每节RC移相网络的相移小于90(不能等于90，因等于90时电压传输系 o数幅值K?0)。因此，用作振荡器中的反馈网络时，若放大器的相移为180，则要实现正 o反馈，RC移相网络也必须相移180，所以至少要三节级联而成，如图所示。 R R R C C C + + + + C C C ,,,,R R R UU U Ui o i o - - - - o图2.20 180相移网络 (b) (a) 2(RC移相振荡器 图2.21为RC移相振荡器，由放大器及反馈网络两部分组成。其中三极管V等构成分 o压式偏置共射放大器，C为高频旁路电容。放大器集电极输出电压滞后基极输入电压180。4 +UCC R 1 RC4 1 VC 2 C3 RR3 2 RR 56C 4RP 图2.21 RC移相振荡器 由C~C、R、R及放大器输入电阻R组成三节RC移相网络，构成反馈网络，对于1356i o某一频率信号而言总相移180。放大器的集电极输出信号经RC移相网络回授给放大器输入端，实现正反馈，满足振荡器的相位条件。一般取C,C,C,C且R,R,R,R。由理12356i论分析可知该振荡器的振荡频率为 ?1/(2 6 RC)，振幅起振条件为放大器的电压放o 大倍数A 29。 u